Мезосфера ( / ˈ m ɛ s ə s f ɪər , ˈ m ɛ z -, ˈ m iː s ə -, - z ə -/ ; [ 1] от древнегреческого μέσος ( mésos ) 'средний' и - сфера ) - это третий слой атмосферы , непосредственно над стратосферой и непосредственно под термосферой . В мезосфере температура снижается с увеличением высоты . Эта характеристика используется для определения пределов: она начинается в верхней части стратосферы (иногда называемой стратопаузой ) и заканчивается в мезопаузе , которая является самой холодной частью земной атмосферы , с температурой ниже -143 °C (-225 °F). ; 130 К). Точные верхняя и нижняя границы мезосферы меняются в зависимости от широты и сезона (выше зимой и в тропиках, ниже летом и на полюсах), но нижняя граница обычно располагается на высотах от 47 до 51 км (от 29 до 32 мили; от 154 000 до 167 000 футов) над уровнем моря , а верхняя граница (мезопауза) обычно составляет от 85 до 100 км (от 53 до 62 миль; от 279 000 до 328 000 футов). [2] [3] [4] [5]
Стратосферу и мезосферу иногда вместе называют «средней атмосферой» [6] , которая охватывает высоты примерно от 12 до 80 км (от 7,5 до 49,7 миль) над поверхностью Земли. Мезопауза на высоте 80–90 км (50–56 миль) отделяет мезосферу от термосферы — второго внешнего слоя атмосферы Земли. На Земле мезопауза почти совпадает с турбопаузой , ниже которой различные химические соединения хорошо перемешиваются за счет турбулентных вихрей . Выше этого уровня атмосфера становится неоднородной, поскольку масштабные высоты различных химических веществ различаются в зависимости от их молекулярных масс .
Термин « ближний космос» также иногда используется для обозначения высот внутри мезосферы. Этот термин не имеет технического определения, но обычно относится к области примерно между пределом Армстронга (около 62 000 футов или 19 км, выше которого людям требуется скафандр, чтобы выжить) и линией Кармана (где астродинамика должна взять на себя верх). от аэродинамики , чтобы добиться полета); или, по другому определению, к пространству между самой большой высотой полета коммерческих авиалайнеров (около 40 000 футов (12,2 км)) и самой низкой перигеем спутников , способных вращаться вокруг Земли (около 45 миль (73 км)). В некоторых источниках различаются термины «ближний космос» и «верхняя атмосфера», так что только слои, ближайшие к линии Кармана, описываются как «ближний космос».
Внутри мезосферы температура снижается с увеличением высоты . Это результат уменьшения поглощения солнечного излучения разреженной атмосферой, в которой относительная концентрация озона уменьшается с увеличением высоты (озон является основным поглотителем длин волн УФ-излучения, которые пережили поглощение термосферой). [7] Кроме того, это также является результатом увеличения охлаждения за счет радиационного выброса CO 2 . Верхняя часть мезосферы, называемая мезопаузой , является самой холодной частью атмосферы Земли. [8] Температура в верхней мезосфере опускается примерно до -100 ° C (173 K; -148 ° F), [9] варьируется в зависимости от широты и сезона .
Основными важнейшими особенностями этого региона являются сильные зональные (восточно-западные) ветры, атмосферные приливы , внутренние атмосферные гравитационные волны (обычно называемые « гравитационными волнами ») и планетарные волны . Большинство этих приливов и волн начинаются в тропосфере и нижней стратосфере и распространяются в мезосферу. В мезосфере амплитуды гравитационных волн могут стать настолько большими, что волны становятся неустойчивыми и рассеиваются. Это рассеивание передает импульс в мезосферу и в значительной степени стимулирует глобальную циркуляцию.
Серебристые облака расположены в мезосфере. Верхняя мезосфера также является областью ионосферы, известной как слой D , который присутствует только в течение дня, когда происходит некоторая ионизация , когда оксид азота ионизируется альфа-излучением водорода серии Лаймана . Ионизация настолько слаба, что когда наступает ночь и источник ионизации удаляется, свободный электрон и ион снова образуют нейтральную молекулу.
Слой натрия глубиной 5 км (3,1 мили; 16 000 футов) расположен между 80–105 км (50–65 миль; 262 000–344 000 футов). Слой натрия, состоящий из несвязанных, неионизированных атомов натрия, слабо излучает, способствуя свечению воздуха . Натрий имеет среднюю концентрацию 400 000 атомов на кубический сантиметр. Эта полоса регулярно пополняется за счет натрия, сублимирующегося из прибывающих метеоров. Астрономы начали использовать этот натриевый диапазон для создания «опорных звезд» в рамках процесса адаптивной оптической коррекции, используемого для получения сверхточных наземных наблюдений. [10] Другие металлические слои, например железо и калий, также существуют в верхней мезосфере/нижней термосфере.
Начиная с октября 2018 г. [11] был выявлен отдельный тип полярных сияний , зарождающийся в мезосфере. Зеленые волнистые огни, часто называемые «дюнами» из-за их сходства с песчаной рябью на пляже, тянутся к экватору. Было установлено, что они возникли на высоте около 96 км (60 миль; 315 000 футов) над поверхностью. Поскольку полярные сияния вызываются сверхвысокоскоростными солнечными частицами, взаимодействующими с молекулами атмосферы, зеленый цвет этих дюн предварительно объясняется взаимодействием этих солнечных частиц с молекулами кислорода. Таким образом, дюны возникают там, где мезосферный кислород более сконцентрирован. [12]
В атмосферу Земли попадают миллионы метеоров , в среднем 40 000 тонн в год. [13] Считается, что удаляющийся материал, называемый метеорным дымом, служит ядрами конденсации серебристых облаков .
Мезосфера находится выше рекордов высоты для самолетов [14] , в то время как для воздушных шаров доступны только несколько нижних километров , для которых рекорд высоты составляет 53,0 километра (32,9 мили). [15] Между тем, мезосфера находится ниже минимальной высоты для орбитальных космических кораблей из-за высокого сопротивления атмосферы. [16] [17] [18] Доступ к нему удалось получить только с помощью зондирующих ракет , которые способны проводить мезосферные измерения только в течение нескольких минут за миссию. [19] В результате это наименее понятная часть атмосферы, что привело к юмористическому прозвищу игноросфера . [20] [21] Наличие красных спрайтов и синих струй (электрических разрядов или молний в нижней мезосфере), серебристых облаков и сдвигов плотности внутри этого плохо изученного слоя представляет текущий научный интерес.
1 февраля 2003 года космический челнок «Колумбия» разбился при входе в атмосферу на высоте около 62 км (39 миль) в нижней мезосфере, в результате чего погибли все семь членов экипажа.
